JP2000136845A - Active vibration insulating device and exposure device using it - Google Patents

Active vibration insulating device and exposure device using it

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JP2000136845A
JP2000136845A JP10324459A JP32445998A JP2000136845A JP 2000136845 A JP2000136845 A JP 2000136845A JP 10324459 A JP10324459 A JP 10324459A JP 32445998 A JP32445998 A JP 32445998A JP 2000136845 A JP2000136845 A JP 2000136845A
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vibration
intermediate plate
displacement
exposure apparatus
piezoelectric element
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Shinji Wakui
伸二 涌井
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve vibration eliminating capacity by respectively inserting a displacement generating actuator between a vibration eliminating object and an intermediate plate, inserting an elastic body between the intermediate plate and an installation floor, and driving the displacement generating actuator through a proper compensator after vibration of the vibration eliminating object is detected. SOLUTION: In a vibration eliminating unit used for an electronic microscope and the like, a piezoelectric element 1 is provided as a displacement generating actuator, and for example, a stepper (or a scanner) as a vibration eliminating object is carried on an intermediate plate 5 supported by a plate spring 2 and a laminated rubber 3 through the piezoelectric element 1. In the case of a vibration eliminating operation, a vibration detecting means 8 is provided to detect vibration of the stepper 4, its output is passed a PID compensator 7, and a driving amplifier 9 for applying high voltage on the piezoelectric element 1 by its output is excited. In such constituted active vibration insulating device, it can be built in the vibration eliminating object easily, and thereby, a rise-up time of the vibration eliminating object device can be shortened.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レチクルの回路パ
ターンを半導体ウエハに焼き付ける半導体露光装置や液
晶基板製造装置あるいは電子顕微鏡などに用いられるア
クティブ除振装置に関する。より詳しくは、圧電素子等
の変位発生形アクチュエータを用いた能動振動絶縁装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active vibration isolator used in a semiconductor exposure apparatus for printing a circuit pattern of a reticle on a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate manufacturing apparatus, an electron microscope, or the like. More specifically, the present invention relates to an active vibration isolator using a displacement generating actuator such as a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子ビームを使う電子顕微鏡またはステ
ッパ、スキャナなどに代表される半導体製造装置では、
除振装置上にXYステージが搭載されている。この除振
装置は、空気ばね、コイルばね、防振ゴムなどの振動吸
収手段により振動を減衰させる機能を持つ。しかし、上
述の如き振動吸収手段を備えた受動的除振装置において
は、床から伝播する振動についてはある程度減衰できて
も、同装置上に搭載されているXYステージ自身が発生
する振動は有効に減衰できない、という問題がある。つ
まり、XYステージ自身の高速移動によって生じる反力
は除振装置を揺らせることになり、この振動はXYステ
ージの位置決め整定性を著しく阻害するものであった。
さらに、受動的除振装置においては、床から伝播する振
動の絶縁(除振)とXYステージ自身の高速移動で発生
する振動の抑制(制振)性能との間にトレードオフの問
題がある。これらの問題を解消するため、近年はアクテ
ィブ除振装置を使用する傾向にある。アクティブ除振装
置は可調整機構の範囲内で除振と制振のトレードオフが
解消できるし、なによりもフィードフォワード制御を積
極的に適用することによって受動的除振装置では達成で
きない性能を取得することができる。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing apparatus typified by an electron microscope using an electron beam, a stepper, a scanner, or the like,
An XY stage is mounted on the vibration isolator. This anti-vibration device has a function of attenuating vibration by vibration absorbing means such as an air spring, a coil spring, and a vibration-proof rubber. However, in the passive vibration isolator having the vibration absorbing means as described above, even if the vibration transmitted from the floor can be attenuated to some extent, the vibration generated by the XY stage mounted on the same device can be effectively reduced. There is a problem that it cannot be attenuated. That is, the reaction force generated by the high-speed movement of the XY stage itself shakes the vibration isolator, and this vibration significantly impairs the positioning and stabilization of the XY stage.
Further, in the passive vibration isolator, there is a trade-off problem between insulation (vibration isolation) of vibration propagating from the floor and suppression (vibration suppression) performance of vibration generated by high-speed movement of the XY stage itself. In order to solve these problems, in recent years, there is a tendency to use an active vibration isolator. The active anti-vibration device can eliminate the trade-off between vibration isolation and vibration suppression within the range of the adjustable mechanism, and above all, acquire the performance that cannot be achieved with the passive vibration isolator by applying feed forward control positively can do.

【0003】しかし、半導体製造装置を代表とする嫌振
装置への振動伝播をさらに抑制するために、さらに低周
波数域まで除振を行なう必要がでてきた。そのために、
微小変位を精度よく制御可能な圧電素子を使った能動振
動絶縁装置を半導体製造装置全体の除振に使用する試み
がなされている。しかしながら、空気ばね、あるいは電
磁モータを使った除振装置は、開発の進展が著しく実用
レベルに達しているのに対して、圧電素子をアクチュエ
ータとして用いた能動振動絶縁装置は研究レベルの検討
に留まっている。その制御装置の構成については、検討
行為が不十分であって、圧電素子本来の能力を十二分に
活かした使い方がなされていない、という課題が残され
ている。
[0003] However, in order to further suppress the propagation of vibration to an anti-vibration apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus, it is necessary to perform vibration isolation to a lower frequency range. for that reason,
Attempts have been made to use an active vibration isolator using a piezoelectric element capable of precisely controlling minute displacement for vibration isolation of an entire semiconductor manufacturing apparatus. However, the development of anti-vibration devices using air springs or electromagnetic motors has progressed remarkably to the practical level, whereas active vibration isolation devices using piezoelectric elements as actuators have only been studied at the research level. ing. Regarding the configuration of the control device, there remains a problem that the study is insufficient and the usage of the piezoelectric device is not fully utilized.

【0004】図4は、変位発生型アクチュエータの代表
である圧電素子を使った能動振動絶縁装置の一般的な構
造を示す。同図において、1は圧電素子、2は板ばね、
3は弾性体(例えば、積層ゴム)、4は除振対象となる例
えばステッパもしくはスキャナ、5は中間プレート、6
は床である。この構造を有する能動振動絶縁装置は、除
振対象が所与であって、そこに図4に示される能動振動
絶縁装置を入れ込むか、あるいは敷く、という発想に基
づいた使い方がなされている。なんとなれば、中間プレ
ートと除振対象の間に挿入される弾性体3、例えば積層
ゴムは、除振対象4の未知のダイナミクスの性能への影
響を緩和するためのものであるからである。
FIG. 4 shows a general structure of an active vibration isolator using a piezoelectric element, which is a typical example of a displacement generating type actuator. In the figure, 1 is a piezoelectric element, 2 is a leaf spring,
3 is an elastic body (for example, laminated rubber), 4 is a stepper or scanner to be subjected to vibration isolation, 5 is an intermediate plate, 6
Is the floor. The active vibration isolator having this structure is used based on the idea that a vibration damping target is given and the active vibration isolator shown in FIG. 4 is inserted or laid there. This is because the elastic body 3 inserted between the intermediate plate and the vibration damping target, for example, the laminated rubber, is for alleviating the influence of the unknown dynamics of the vibration damping target 4 on the performance.

【0005】しかし、能動振動絶縁装置を必要とする半
導体露光装置のダイナミクスは不十分とはいえ全く未知
ということはなく、能動振動絶縁装置を使ってさらなる
除振を必要とする半導体装置メーカが捉えていないこと
はないのである。むしろ未知のダイナミクスは、装置を
設置する床の方にある。
However, the dynamics of a semiconductor exposure apparatus that requires an active vibration isolator is not completely unknown, although it is insufficient, and semiconductor device manufacturers who require further vibration isolation using the active vibration isolator have been caught. It is not impossible. Rather, the unknown dynamics are on the floor where the device is installed.

【0006】なんとなれば、半導体製造装置をはじめと
した産業用機器を設置するクリーンルームの床は、同一
のフロアーと言えども場所ごとに振動の様相を異にして
いる。また、フロアーに設置する産業用機器の設置台数
およびそれが発生する機械振動のレベルによっても、各
産業用機器が被る振動の状態は異なっている。この現象
は当然のことであって、床を支持する大梁および小梁、
そして建屋自身の固有周期などに関わって床の剛性が定
められており、したがってそれは分布的に異なるものと
なってしまうのである。
[0006] The floor of a clean room in which industrial equipment such as semiconductor manufacturing equipment is installed has a different vibration mode from place to place even though it is the same floor. In addition, the state of vibration applied to each industrial device differs depending on the number of installed industrial devices installed on the floor and the level of mechanical vibration generated by the same. This phenomenon is natural: the girder and girder supporting the floor,
In addition, the rigidity of the floor is determined according to the natural period of the building itself and the like, and therefore, it is different in distribution.

【0007】一方、半導体製造装置の搬入、設置、その
立ち上げ工程とを考慮した場合、能動振動絶縁装置自身
も半導体製造装置の中に予めビルトインされているもの
であることが望ましい。しかし、先にも述べたように、
能動振動絶縁装置は半導体製造装置とそれを設置する床
との間に挿入するか、または敷く、という扱い方であっ
て、半導体製造装置自身に所与の機能として組み込まれ
たものとはなっていなかった。
On the other hand, in consideration of the loading, installation, and start-up steps of the semiconductor manufacturing apparatus, it is desirable that the active vibration isolator itself be built in the semiconductor manufacturing apparatus in advance. However, as mentioned earlier,
The active vibration isolation device is inserted or laid between the semiconductor manufacturing equipment and the floor on which it is installed, and is not incorporated into the semiconductor manufacturing equipment itself as a given function. Did not.

【0008】より詳細に、従来技術に係る能動振動絶縁
装置の原理をみていくことにする。図4は圧電素子が変
位発生形アクチュエータとして組み込まれる除振ユニッ
トの一構造である。この構造の力学モデルとこれに対し
て施されるフィードバックは特開平8−54039号公
報(剛性アクチュエータ能動振動絶縁装置)に開示され
ており、図5のとおりである。図5の系の運動方程式は
図示の記号を用いて次式で表わされる。
[0008] The principle of the active vibration isolator according to the prior art will be described in more detail. FIG. 4 shows one structure of a vibration isolation unit in which a piezoelectric element is incorporated as a displacement generating actuator. The mechanical model of this structure and the feedback applied thereto are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-54039 (rigid actuator active vibration isolator), as shown in FIG. The equation of motion of the system in FIG. 5 is represented by the following equation using the symbols shown.

【0009】[0009]

【数1】 ここで、Mpは除振対象の質量、Κiは除振対象と中間プ
レート間の主に積層ゴムのばね定数、Ciは除振対象と
中間プレート間の主に積層ゴムの粘性摩擦係数、Ms
中間プレートの質量、Ksは圧電素子のばね定数、xは
除振対象の変位、vは中間プレートの変位、uは床振動
の変位、zは圧電素子の変位、sはラプラス演算子であ
る。また、フィードバック関数は次式で表わされる。
(Equation 1) Here, M p is the mass of the vibration isolation target, Κ i is the spring constant of mainly the laminated rubber between the vibration isolation target and the intermediate plate, and C i is the viscous friction coefficient of the mainly laminated rubber between the vibration isolation target and the intermediate plate. , M s is the mass of the intermediate plate, K s is the spring constant of the piezoelectric element, x is the displacement of the vibration isolation target, v is the displacement of the intermediate plate, u is the displacement of the floor vibration, z is the displacement of the piezoelectric element, and s is the displacement of Laplace. Operator. The feedback function is expressed by the following equation.

【0010】[0010]

【数2】 ここで、Cdは絶対変位のフィードバックゲイン、Cv
絶対速度のフィードバックゲインである。(1)〜
(3)式よりx,u,fpの間の関係を求めると、次式
を得る。
(Equation 2) Here, C d is a feedback gain of absolute displacement, and C v is a feedback gain of absolute speed. (1)-
(3) x from the equation, u, when determining the relationship between f p, the following equation is obtained.

【0011】[0011]

【数3】 (Equation 3)

【0012】上式において、床振動の変位uから質量M
pの除振対象の変位xまでの除振率は、(4)式右辺第
一項である。直流域での除振率は、s→0とおいて次式
のようになる。
In the above equation, the mass M is calculated from the displacement u of the floor vibration.
The vibration isolation ratio up to the displacement x of the vibration isolation target of p is the first term on the right side of the equation (4). The anti-vibration rate in the DC region is given by the following equation when s → 0.

【0013】[0013]

【数4】 (Equation 4)

【0014】つまり、Cdの調整によって直流での除振
率を0[dB]以下にすることができる。これが、空気
ばねあるいは電磁アクチュエータを用いた除振装置との
決定的な差異となる。通常、空気ばねをアクチュエータ
とする能動的除振装置では、加速度(絶対加速度)の検
出に基づく振動制御ループによってダンピングを付与
し、床と除振台との間の相対変位に基づく位置制御ルー
プとによって指定した姿勢の保全を行なっている。相対
変位のフィードバックのため、低周波域の除振率は0
[dB]でありこの値を下回ることはない。(6)式が
実現できる理由は、ゲインCdの絶対変位のフィードバ
ックを施しているからに他ならない。つまり、絶対変位
のフィードバックによってスカイフックスプリングを実
現しているのである。スカイフックスプリングの実現
は、例えば空気ばねをアクチュエータとする除振装置で
も、原理的には実現できる。すなわち、空気ばねを駆動
するサーボバルブへの入力から空気ばねが発生する圧力
までの特性は概ね積分特性と見做すことができるが、こ
の特性を踏まえて空気ばねで支持する除振台の加速度を
検出して、これを積分補償を通してサーボバルブの入力
に負帰還する。このようにすると、原理的には空気ばね
をアクチュエータとする除振台でもスカイフックスプリ
ングが実現できる。しかしながら、実際には、空気ばね
やリニアモータに代表される電磁モータなどの力発生形
アクチュエータを使用する除振装置においてスカイフッ
クスプリングが実現され、それが実稼働している例はな
い。変位発生形アクチュエータの代表である圧電素子等
を使うことによってはじめて変位が精密にコントロール
でき、以って剛性も精密にコントロールできるのであ
る。つまり、力発生形アクチュエータを使ったスカイフ
ックスプリングの実現は実用的には困難であると考えら
れる。
That is, by adjusting C d , the vibration isolation ratio at DC can be reduced to 0 [dB] or less. This is a decisive difference from a vibration isolator using an air spring or an electromagnetic actuator. Normally, in an active vibration isolator using an air spring as an actuator, damping is provided by a vibration control loop based on detection of acceleration (absolute acceleration), and a position control loop based on a relative displacement between the floor and the vibration isolator is provided. Is maintaining the specified posture. Due to the feedback of the relative displacement, the vibration isolation rate in the low frequency range is 0
[DB] and will not fall below this value. Equation (6) can be realized only because feedback of the absolute displacement of the gain C d is performed. That is, the skyhook spring is realized by the feedback of the absolute displacement. The skyhook spring can be realized in principle even with a vibration isolator using an air spring as an actuator, for example. In other words, the characteristics from the input to the servo valve that drives the air spring to the pressure generated by the air spring can be generally regarded as an integral characteristic. Based on this characteristic, the acceleration of the vibration isolation table supported by the air spring is considered. Is detected, and this is negatively fed back to the input of the servo valve through integral compensation. In this way, a skyhook spring can be realized in principle even with a vibration isolation table using an air spring as an actuator. However, in practice, a skyhook spring has been realized in a vibration isolator using a force generating actuator such as an air spring or an electromagnetic motor represented by a linear motor, and there is no example in which the skyhook spring is actually operated. Only by using a piezoelectric element or the like, which is a typical example of a displacement generating actuator, displacement can be precisely controlled, and thus rigidity can be precisely controlled. That is, it is considered that it is practically difficult to realize a skyhook spring using a force generating actuator.

【0015】次に、外乱fpからxまでの応答は(4)
式右辺第二項であり、s→0とおいて直流域の応答は次
式で表わされる。
[0015] Next, the response from the disturbance f p to x (4)
The second term on the right side of the equation, where s → 0, the response in the DC region is expressed by the following equation.

【0016】[0016]

【数5】 上式は、直列ばね系のコンプライアンスを表現する。第
1項は中間プレートと除振対象の間に挿入した固いゴム
のコンプライアンスを、第2項は圧電素子と中間プレー
卜間のスプリングおよびフィードバックによって作りだ
されたスプリングのコンプライアンスをそれぞれ示す。
第2項は、圧電素子と中間プレート間のスプリングKs
と絶対変位フィードバックによって作りだされたスプリ
ングKsdとが並列接続となっていることが分かる。C
dを大きくすると(7)式のコンプライアンスは低下し
て制振特性は向上するが、コンプライアンスの大きさは
第1項より小さくすることはできない。以上により、
(6)式と(7)式の何れも静的な関係式に基づいてC
dの効果は陽に示すことができた。
(Equation 5) The above equation expresses the compliance of the series spring system. The first term shows the compliance of the hard rubber inserted between the intermediate plate and the vibration isolation target, and the second term shows the compliance of the spring between the piezoelectric element and the intermediate plate and the spring created by feedback.
The second term is the spring K s between the piezoelectric element and the intermediate plate.
It can be seen that and the spring K s C d created by the absolute displacement feedback are connected in parallel. C
When d is increased, the compliance of equation (7) is reduced and the vibration damping characteristics are improved, but the magnitude of the compliance cannot be made smaller than the first term. From the above,
Both equations (6) and (7) are based on a static relational expression.
The effect of d could be shown explicitly.

【0017】次に、Cvの効果を説明する。(5)式の
特性方程式のs2項とs項に係る各係数を吟味すること
によって、あるいは図5のブロック線図を参照すること
によってその機能は明らかである。Cvのフィードバッ
クによって大きさKsvの粘性摩擦係数が作りだされて
いる。すなわち機構にダンピングを付与して機構の安定
化を図っているのである。
Next, the effect of C v will be described. The function is clear by examining each coefficient relating to the s 2 and s terms of the characteristic equation of equation (5), or by referring to the block diagram of FIG. Viscous friction coefficient C v size K s C v by feedback is created. That is, the mechanism is damped to stabilize the mechanism.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】変位発生形の代表的な
アクチュエータである圧電素子等を組み込む能動振動絶
縁装置は、既に半導体製造装置へと適用するための実用
化研究が進展している。しかし、空気ばねや電磁アクチ
ュエータを用いたアクティブ除振装置に比べれば、圧電
素子の特徴を十分引き出すコントロール技術が確立され
ているわけではない。しかも従来の能動振動絶縁装置
は、除振対象を未知のダイナミクスとみなす立場で構造
設計および制御装置設計がなされていた。しかし、能動
振動絶縁装置を半導体製造装置に適用する立場でみた場
合、未知のダイナミクスはむしろ半導体製造装置を設置
する床の方である。
The active vibration isolator incorporating a piezoelectric element or the like, which is a typical actuator of a displacement type, has already been studied for practical application for application to a semiconductor manufacturing apparatus. However, compared to an active vibration isolator using an air spring or an electromagnetic actuator, a control technique for sufficiently extracting the characteristics of the piezoelectric element has not been established. Moreover, in the conventional active vibration isolator, the structure design and the control device design have been performed from the standpoint that the vibration isolation target is regarded as unknown dynamics. However, from the standpoint of applying the active vibration isolation device to a semiconductor manufacturing device, the unknown dynamics is rather the floor on which the semiconductor manufacturing device is installed.

【0019】しかし、このような観点から除振ユニット
の構造およびフィードバックを構成している能動振動絶
縁装置については全く公知例がなく、したがって、課題
として残されていた。
However, there is no known example of an active vibration isolator which constitutes the structure and feedback of the vibration isolation unit from such a viewpoint, and therefore, has been left as a problem.

【0020】本発明は、除振対象を設置する床振動の伝
播をより低減させることが可能で、除振対象にビルトイ
ン可能な能動振動絶縁装置を提供することを課題とす
る。
An object of the present invention is to provide an active vibration isolator that can further reduce the propagation of floor vibration on which a vibration isolation target is installed and can be built into the vibration isolation target.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、除振対象と、この除振対象
と中間プレートとの間に挿入した変位発生形アクチュエ
ータと、前記中間プレートと前記除振対象を設置する床
との間に挿入した弾性体と、前記除振対象の振動を検出
する振動検出手段とを備え、前記振動検出手段の出力を
適切な補償器を介した信号に基づいて前記変位発生形ア
クチュエータを駆動することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has an object to be isolated, a displacement generating actuator inserted between the object to be isolated and an intermediate plate, and An elastic body inserted between the plate and the floor on which the vibration isolation target is installed, and vibration detection means for detecting the vibration of the vibration isolation target, the output of the vibration detection means via an appropriate compensator The displacement generating actuator is driven based on a signal.

【0022】本発明のより具体的な実施の形態に係る能
動振動絶縁装置は、除振対象を変位発生形アクチュエー
タを介して中間プレートと結合し、この中間プレートと
除振対象を設置する床との間に挿入した弾性体と、除振
対象の振動を検出する振動検出手段とを備えており、除
振対象に取り付けた振動検出手段の出力に対して補償を
施した信号に基づいて変位発生形アクチュエータを駆動
するものである。ここで、振動検出手段の出力が絶対速
度のとき、振動検出手段の出力に施す補償はPID補償
器である。振動検出手段が絶対加速度を検出するもので
ある場合には、次元を考慮して適切な補償器が選択でき
る。また、除振対象はステッパやスキャナに代表される
半導体製造装置である。
In an active vibration isolator according to a more specific embodiment of the present invention, a vibration damping object is connected to an intermediate plate via a displacement generating actuator, and the intermediate plate and a floor on which the vibration damping object is installed are connected. The vibration detection means detects vibration of the vibration isolation target, and generates a displacement based on a signal obtained by compensating the output of the vibration detection means attached to the vibration isolation target. To drive the shape actuator. Here, when the output of the vibration detecting means is an absolute speed, the compensation applied to the output of the vibration detecting means is a PID compensator. When the vibration detecting means detects the absolute acceleration, an appropriate compensator can be selected in consideration of the dimensions. In addition, the object of vibration isolation is a semiconductor manufacturing apparatus represented by a stepper or a scanner.

【0023】[0023]

【実施例】本発明では、除振対象を設置する床を未知の
ダイナミクスとみなす立場を採る。したがって、図4の
従来例の構造を天地させた除振ユニットを持つ能動振動
絶縁装置となる。図1は、本発明の一実施例に係る能動
振動絶縁装置の構成を、図2はその力学モデルを示す。
図示のように、ばね定数Ki、粘性摩擦係数Ciの弾性体
3は質量Msの中間プレート5と床振動uの床6の間
に、発生変位upの変位発生形アクチュエータ1は中間
プレート5と除振対象4の間に挿入される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a floor on which a vibration damping object is installed is regarded as unknown dynamics. Therefore, an active vibration isolator having a vibration isolating unit obtained by making the structure of the conventional example of FIG. FIG. 1 shows a configuration of an active vibration isolator according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a dynamic model thereof.
As shown, the spring constant K i, between the floor 6 of the intermediate plate 5 and the floor vibration u of the elastic body 3 is mass M s of the viscous friction coefficient C i, the displacement generation actuator 1 generates displacement u p intermediate It is inserted between the plate 5 and the vibration isolation target 4.

【0024】図1において、除振対象4の直近には変位
発生形アクチュエータの例えば圧電素子1が配置されて
いる。圧電素子1の他端には中間プレート5があり、中
間プレート5と床6との間に板ばね2と積層ゴム3の弾
性体を挿入している。このような除振ユニットにおい
て、除振対象4の振動を検出する振動検出手段8の出力
をPID補償器7に通し、その出力で圧電素子1に高電
圧を印加する駆動アンプ9を励起する。
In FIG. 1, for example, a piezoelectric element 1 of a displacement-generating actuator is arranged in the immediate vicinity of a vibration damping object 4. An intermediate plate 5 is provided at the other end of the piezoelectric element 1, and an elastic body of a leaf spring 2 and a laminated rubber 3 is inserted between the intermediate plate 5 and the floor 6. In such an anti-vibration unit, the output of the vibration detecting means 8 for detecting the vibration of the anti-vibration target 4 is passed through the PID compensator 7, and the output excites the drive amplifier 9 for applying a high voltage to the piezoelectric element 1.

【0025】次に、原理の説明を行なう。図1および図
2に示された能動振動絶縁装置の運動方程式は、図示の
記号を使って次式で表わされる。
Next, the principle will be described. The equations of motion of the active vibration isolator shown in FIGS. 1 and 2 are represented by the following equations using the symbols shown.

【0026】[0026]

【数6】 ここで、次式に示すフィードバックを施す。(Equation 6) Here, the following feedback is applied.

【0027】[0027]

【数7】 すなわち、図3に示すように、除振対象4の絶対速度を
検出してPID補償器7を介して圧電素子1の変位up
を発生させる、というフィードバックループとなる。
(8)から(10)式より、uとfpからxまでの関係
は次式となる。
(Equation 7) That is, as shown in FIG. 3, the displacement of the piezoelectric element 1 via the PID compensator 7 detects the absolute velocity of the vibration damping subject 4 u p
Is generated, which is a feedback loop.
From (8) (10), the relationship between the u and f p to x becomes the following equation.

【0028】[0028]

【数8】 (11)式より、直流(s→0)における床振動uから
除振対象xまでの振動伝達率(除振率)x/uと、外乱
pから除振対象の変位xまでのコンプライアンスx/
pはそれぞれ次式となる。
(Equation 8) (11) from the DC (s → 0) vibration transmissibility from floor vibration u to vibration damping subject x in (except Furitsu) x / u and, compliance x from the disturbance f p to displacement x of the vibration damping target /
f p is given by the following equations.

【0029】[0029]

【数9】 いずれの特性もCixを増加すると、直流域の除振率は0
dBを下回るようにできるし、かつコンプライアンスを
低下(スティフネスは増加)させることができる。特
に、従来技術に係る能動振動絶縁装置では、(7)式に
みるようにCdの増加によってコンプライアンスを低下
させることはできるが、Cd→無限大の極限でも1/Ki
を下回ることはできない。しかし、本発明の能動振動絶
縁装置の特性となる(14)式を参照すると、理論的に
はCixを無限大にしたとき、コンプライアンスを零に、
すなわちスティフネスを無限大にすることができるので
ある。したがって、原理的に、本発明の能動振動絶縁装
置の方が優れている。
(Equation 9) In any case, when C ix is increased, the vibration isolation ratio in the DC region becomes zero.
dB, and compliance can be reduced (stiffness can be increased). In particular, in the active vibration isolator according to the prior art, the compliance can be reduced by increasing C d as shown in equation (7), but 1 / K i even in the limit of C d → infinity.
Can not fall below. However, referring to equation (14), which is a characteristic of the active vibration isolator of the present invention, when C ix is made infinite, the compliance becomes zero,
That is, the stiffness can be made infinite. Therefore, in principle, the active vibration isolator of the present invention is superior.

【0030】次に、フィードバックループの安定性につ
いて言及する。(12a)式より、Ksvxは質量の効
果、(12b)式より、Ksxxは粘性摩擦の効果、
(12c)式よりKsixは剛性の効果を持っており、
PIDのゲイン(Cxx,Cix,Cvx)を適宜調整するこ
とによって安定化することは容易である。
Next, the stability of the feedback loop will be described. From equation (12a), K s C vx is the effect of mass, from equation (12b), K s C xx is the effect of viscous friction,
From equation (12c), K s C ix has the effect of rigidity.
It is easy to stabilize the PID by appropriately adjusting the gains (C xx , C ix , C vx ).

【0031】なお、本発明の能動振動絶縁装置は、半導
体露光装置全体を支持するように使用する。好ましく
は、半導体製造装置が従来から備えている空気ばねある
いは電磁モータなどを使ったアクティブ除振装置の構成
ユニットである能動マウントの下部に、もしくは半導体
製造装置の床面に接する構造部材の中に組み込まれてい
る。
The active vibration isolator of the present invention is used to support the entire semiconductor exposure apparatus. Preferably, a semiconductor manufacturing apparatus is provided under an active mount, which is a constituent unit of an active vibration isolator using a conventional air spring or an electromagnetic motor, or in a structural member in contact with the floor of the semiconductor manufacturing apparatus. It has been incorporated.

【0032】[0032]

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した露光装
置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図6は微小デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、
液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等)の製造のフローを示す。ステップ1(回路設計)で
はデバイスのパターン設計を行なう。ステップ2(マス
ク製作)では設計したパターンを形成したマスクを製作
する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコンや
ガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4
(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエ
ハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立
て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製された
ウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセ
ンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージ
ング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6
(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイスの
動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こう
した工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷
(ステップ7)される。
Next, an embodiment of a device production method using the above-described exposure apparatus will be described.
FIG. 6 shows a micro device (a semiconductor chip such as an IC or an LSI,
2 shows a flow of manufacturing a liquid crystal panel, a CCD, a thin-film magnetic head, a micromachine, and the like. In step 1 (circuit design), a device pattern is designed. Step 2 is a process for making a mask on the basis of the designed pattern. On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon or glass. Step 4
The (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer. The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). including. Step 6
In (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device manufactured in step 5 are performed. Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).

【0033】図7は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では上記説明した能動振動絶縁装置を
有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエハ
に焼付露光する。ステップ17(現像)では露光したウ
エハを現像する。ステップ18(エッチング)では現像
したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19
(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となった
レジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行な
うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成
される。
FIG. 7 shows a detailed flow of the wafer process. Step 11 (oxidation) oxidizes the wafer's surface. Step 12 (CVD) forms an insulating film on the wafer surface. Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. Step 15
In (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern on the mask is printed and exposed on the wafer by the exposure apparatus having the active vibration isolation device described above. Step 17 (development) develops the exposed wafer. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. Step 19
In (resist removal), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0034】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。
By using the production method of this embodiment, a highly integrated device, which has conventionally been difficult to produce, can be produced at low cost.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の効果は以下のとおりである。 (1)本発明の変位発生形アクチュエータを使った能動
振動絶縁装置は、予め半導体露光装置等の除振対象にビ
ルトインすることができるので除振対象装置の立ち上げ
時間が短縮できる。 (2)従来、変位発生型アクチュエータの代表である圧
電素子を使った能動振動絶縁装置は、それからみた未知
のダイナミクスが除振対象(例えば、ステッパもしくは
スキャナ)であるとして構造およびフィードバックが設
計されていた。しかしながら、本発明の能動振動絶縁装
置は、除振対象の半導体露光装置等ではなく、装置を設
置する床を未知のダイナミクスとみなすという観点から
設計がなされている。したがって、半導体露光装置等を
設置する振動環境に柔軟に対応していくことができる。 (3)本発明の能動振動絶縁装置によれば、原理的には
外乱に対する除振対象の変位を零にできる構造およびフ
ィードバックを備えている。従来技術に係る能動振動絶
縁装置では、フィードバックのゲインを増加しても機構
固有のばねによって定められる一定のコンプライアンス
に抑えられてしまうが、本発明ではそのような制約から
解放されている。 (4)したがって、本発明の能動振動絶縁装置を備える
ことによって、除振対象例えば半導体製造装置を設置す
る床振動の伝播を低減することができ、もって半導体製
造装置の場合でいえば精度の高いICの焼き付けが可能
となるとともに歩留まりが向上して生産性に寄与すると
ころ大という効果がある。
The effects of the present invention are as follows. (1) Since the active vibration isolator using the displacement generating type actuator of the present invention can be built in a vibration damping target such as a semiconductor exposure apparatus in advance, the startup time of the vibration damping target device can be reduced. (2) Conventionally, an active vibration isolator using a piezoelectric element, which is a typical example of a displacement-generating actuator, has been designed with a structure and feedback on the assumption that unknown dynamics viewed therefrom are vibration damping targets (for example, a stepper or a scanner). Was. However, the active vibration isolation device of the present invention is designed from the viewpoint that the floor on which the device is installed is regarded as unknown dynamics, not the semiconductor exposure device or the like to be subjected to vibration isolation. Therefore, it is possible to flexibly cope with a vibration environment in which a semiconductor exposure apparatus and the like are installed. (3) According to the active vibration isolation device of the present invention, there is provided, in principle, a structure and a feedback capable of reducing the displacement of the vibration isolation target with respect to disturbance to zero. In the active vibration isolator according to the related art, even if the feedback gain is increased, the compliance is limited to a certain level determined by a spring specific to the mechanism. However, the present invention is free from such a restriction. (4) Therefore, by providing the active vibration isolation device of the present invention, it is possible to reduce the propagation of vibrations of the floor where the object to be isolated, for example, the semiconductor manufacturing device is installed, and thus high accuracy is achieved in the case of the semiconductor manufacturing device. There is an effect that the baking of the IC becomes possible and the yield is improved to contribute to the productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例に係る能動振動絶縁装置の
除振ユニットの構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a vibration isolation unit of an active vibration isolation device according to one embodiment of the present invention.

【図2】 図1の能動振動絶縁装置の力学モデルを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a dynamic model of the active vibration isolator of FIG. 1;

【図3】 図1の能動振動絶縁装置の制御ブロック図で
ある。
FIG. 3 is a control block diagram of the active vibration isolator of FIG. 1;

【図4】 従来例に係る能動振動絶縁装置の除振ユニッ
トの一構造例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a structural example of a vibration isolation unit of an active vibration isolator according to a conventional example.

【図5】 力学モデルとこれに対して施されるフィード
バックの構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a dynamic model and feedback applied thereto.

【図6】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a flow of manufacturing a micro device.

【図7】 図6におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a detailed flow of a wafer process in FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:圧電素子、2:板ばね、3:積層ゴム、4:除振対
象、5:中間プレート、6:床、7:PID補償器、
8:振動検出手段、9:駆動アンプ。
1: piezoelectric element, 2: leaf spring, 3: laminated rubber, 4: vibration isolation target, 5: intermediate plate, 6: floor, 7: PID compensator,
8: vibration detection means, 9: drive amplifier.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 除振対象と、 前記除振対象と中間プレートとの間に挿入した変位発生
形アクチュエータと、 前記中間プレートと前記除振対象を設置する床との間に
挿入した弾性体と、 前記除振対象の振動を検出する振動検出手段とを備え、 前記振動検出手段の出力を適切な補償器を介した信号に
基づいて前記変位発生形アクチュエータを駆動すること
を特徴とする能動振動絶縁装置。
An object to be isolated, a displacement-generating actuator inserted between the object to be isolated and an intermediate plate, and an elastic body inserted between the intermediate plate and a floor on which the object to be isolated is installed Active vibration, comprising: vibration detection means for detecting the vibration of the vibration isolation target; and driving the displacement generating actuator based on a signal via an appropriate compensator based on an output of the vibration detection means. Insulation device.
【請求項2】 前記振動検出手段の出力は絶対速度で、
前記補償器はPID補償器であることを特徴とする請求
項1記載の能動振動絶縁装置。
2. The output of said vibration detecting means is an absolute speed,
The active vibration isolator according to claim 1, wherein the compensator is a PID compensator.
【請求項3】 前記除振対象は半導体製造装置であるこ
とを特徴とする請求項1記載の能動振動絶縁装置。
3. The active vibration isolation device according to claim 1, wherein said vibration isolation target is a semiconductor manufacturing device.
【請求項4】 露光装置本体と、 該露光装置本体を支持する中間プレートと、 該露光装置本体と中間プレートとの間に挿入した変位発
生形アクチュエータと、 該露光装置本体を設置する床と該中間プレートとの間に
挿入した弾性体と、 該露光装置本体の振動を検出する振動検出手段と、 該振動検出手段の出力を適切な補償器を介した信号に基
づいて前記アクチュエータを駆動する駆動手段とを具備
することを特徴とする露光装置。
4. An exposure apparatus main body, an intermediate plate supporting the exposure apparatus main body, a displacement generating actuator inserted between the exposure apparatus main body and the intermediate plate, and a floor on which the exposure apparatus main body is installed. An elastic member inserted between the intermediate plate, vibration detection means for detecting vibration of the exposure apparatus main body, and a drive for driving the actuator based on a signal via an appropriate compensator for an output of the vibration detection means An exposure apparatus comprising:
【請求項5】 請求項4に記載の露光装置を用いてデバ
イスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
5. A device manufacturing method, comprising manufacturing a device using the exposure apparatus according to claim 4.
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